09/09/2026
#전기차 #급속충전
KAIST 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 신소재공학과 조은애 교수 연구팀과 공동으로, 실제 상용 리튬이온배터리에 사용되는 흑연 음극의 내부 구조를 ‘3차원 디지털 트윈’으로 구현하고, 급속 충전 과정에서 배터리 성능이 떨어지는 원인을 정량적으로 규명했습니다.
연구팀은 실제 상용 흑연 음극의 구조를 바탕으로 전극의 ‘가상 쌍둥이’를 만들어 흑연 입자와 바인더, 리튬이온이 이동하는 빈 공간인 기공까지 3차원으로 구현했습니다. 이 가상 전극에서 전극의 두께와 빈 공간의 양, 바인더의 위치를 바꿔가며 빠르게 충전했을 때 리튬이온이 어떻게 움직이는지 분석했습니다.
그 결과, 전체 충전용량이 비슷해 보여도 전극 내부의 바인더와 빈 공간이 어떻게 배치되어 있느냐에 따라 배터리 손상 정도가 크게 달라질 수 있음을 확인했습니다.
3차원 디지털 트윈 기술을 활용하면 여러 종류 전극을 일일이 만들어 실험하기 전에 가상공간에서 배터리 내부의 문제를 미리 살펴볼 수 있습니다. 향후 최적의 전극 구조를 찾고, 전기차 충전시간 단축과 배터리 수명 연장에 기여할 것으로 기대됩니다.
KAIST announced that a research team led by Professor Kang Taek Lee from the Department of Mechanical Engineering, in collaboration with Professor EunAe Cho of the Department of Materials Science and Engineering, constructed a 3D digital twin informed by the microstructure and specifications of a commercial graphite anode. Using the model, the researchers quantitatively analyzed localized degradation mechanisms that arise during fast charging.
The research team built a "3D digital twin" of the battery electrode based on the structure of an actual commercial graphite anode. The team reconstructed the graphite particles, the binder that holds them together, and the electrolyte-filled pores through which lithium ions travel—all in three dimensions.
Using this virtual electrode, the researchers varied the electrode thickness, porosity, and the distribution of the binder, then simulated fast charging to analyze how lithium ions moved.
The results showed that even when the overall charge capacities were similar, the internal degradation behavior of the anodes could differ significantly depending on how the binder and pore space were arranged inside the electrode.
Using a 3D digital twin makes it possible to examine potential problems inside a battery in virtual space before building and testing multiple electrode designs by hand. The approach is expected to help identify optimal electrode structure, contributing to the development of batteries that can charge faster while maintaining longer service life.
🔗DOI: https://doi.org/10.1002/inf2.70141